化學(xué)工程是一門用來研究化學(xué)工業(yè)和其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)在生產(chǎn)過程中所進(jìn)行的化學(xué)過程和物理過程以及所使用設(shè)備的設(shè)計(jì)、操作和優(yōu)化的工程學(xué)科。下文是學(xué)習(xí)啦小編為大家搜集整理的關(guān)于化學(xué)工程方面論文的內(nèi)容，歡迎大家閱讀參考!

　　化學(xué)工程方面論文篇1

　　探討化學(xué)工程中的結(jié)構(gòu)問題

　　1 結(jié)構(gòu)的定義及其時(shí)空多尺度特征

　　“結(jié)構(gòu)”在《辭源》中有如下定義：1)連接構(gòu)架;2)物體構(gòu)造的式樣;3)詩(shī)文書畫各部分的組織與布局。

　　結(jié)構(gòu)具有多尺度和隨時(shí)空變化的特征。如太陽(yáng)系由太陽(yáng)、地球、月亮等不同尺度的星體構(gòu)成，它們?cè)谌f有引力的相互作用下處于有序而不停的運(yùn)動(dòng)之中。又如一棵樹由不同尺度的樹干、樹枝和樹梢組成，相互依分?jǐn)?shù)維的規(guī)律連接形成一個(gè)有機(jī)整體。化學(xué)工程同樣具有多層次、多尺度并隨時(shí)空變化的結(jié)構(gòu)，一般可分為從分子到顆粒的小尺度區(qū)、從顆粒到單元設(shè)備的中尺度區(qū)和從單元設(shè)備到系統(tǒng)流程的大尺度區(qū)。各區(qū)中均有各自不同的結(jié)構(gòu)。小尺度區(qū)中的結(jié)構(gòu)，如超分子和離子液體結(jié)構(gòu)。

　　2 多相流結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)

　　結(jié)構(gòu)需要若干參數(shù)來定量表達(dá)，以工業(yè)快速流化床提升管中的流動(dòng)結(jié)構(gòu)為例，需要 8 個(gè)參數(shù)來描述，分別為密相表觀氣速、密相顆粒表觀速度、聚團(tuán)平均直徑、密相空隙率、密相體積分率、稀相表觀氣速、稀相顆粒表觀速度、稀相空隙率。李靜海、郭慕孫在研究快速流態(tài)化床的局部結(jié)構(gòu)時(shí)，提出了能量最小多尺度作用模型。

　　(Energy-Minimization Multi-Scale Model，EMMS)。該模型認(rèn)為在快速床中流體用于顆粒的懸浮輸送能最小，并以此作為系統(tǒng)的穩(wěn)定性條件，與稀密兩相的動(dòng)量守恒方程、等壓降方程、氣固兩相的質(zhì)量守恒方程、聚團(tuán)尺寸方程一起求解，成功預(yù)測(cè)了反映快速床局部結(jié)構(gòu)的 8 個(gè)參數(shù)。借鑒 EMMS 模型的方法，結(jié)合研究不同床型、內(nèi)構(gòu)件、外力場(chǎng)對(duì)多相流動(dòng)的影響規(guī)律，可望建立各種類型流態(tài)化床結(jié)構(gòu)參數(shù)的預(yù)測(cè)模型。

　　3 結(jié)構(gòu)—性能關(guān)系

　　眾所周知，物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)與其熱力學(xué)特性密切相關(guān);材料的微觀結(jié)構(gòu)、介觀結(jié)構(gòu)與其宏觀的物化和力學(xué)性能密切相關(guān)，如金剛石與石墨同樣都是由碳元素組成的物質(zhì)，由于碳原子排列的方式不同，金剛石堅(jiān)硬無比，而石墨則非常柔軟。同理，以尺度大小不同、空間分布不均的氣泡、液滴、顆粒、聚團(tuán)組成的化工多相流的局部結(jié)構(gòu)與其流動(dòng)、傳遞、反應(yīng)行為密切相關(guān)。

　　圖 1 為離子液體的結(jié)構(gòu)圖。各離子之間通過氫鍵形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因此具有較高的黏度。圖 2為微乳液中的膠團(tuán)(水包油)和反膠團(tuán)(油包水)的結(jié)構(gòu)示意圖，雖然其尺度微小，僅 10~100 nm，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。以反膠團(tuán)為例，其核心為自由水，核心周圍是結(jié)合水層，再往外為表面活性劑和助劑雙親分子層，最外是油相。該結(jié)構(gòu)與微乳液的萃取分離和反應(yīng)性能密切相關(guān)。圖 3 是由微觀像探頭(鏡頭直徑 3 mm)拍攝到的快速循環(huán)流化床中的局部結(jié)構(gòu)的照片，從中可見快速流化床中存在顆粒的聚集相(聚團(tuán))和顆粒的分散相(稀相)兩相結(jié)構(gòu)，聚團(tuán)的形狀不規(guī)則，大小不相同，這種結(jié)構(gòu)對(duì)快速流化床中的傳遞與反應(yīng)具有直接的影響。圖 4 是納微顆粒鼓泡流化床層流化時(shí)和斷氣塌落后的照片。納微顆粒表面過剩的自由能使其具有聚集成團(tuán)的特性。從圖 4 可見，床下部是大尺度聚團(tuán)，床中部是中等尺度聚團(tuán)，床上部是小尺度聚團(tuán)。顆粒聚團(tuán)內(nèi)部的顆粒與氣流接觸很差，嚴(yán)重影響傳遞和反應(yīng)速率。圖 5 為氣固鼓泡流化床的照片。其中，圖 5a 的床中無內(nèi)構(gòu)件，床層由氣泡相和乳化相組成，氣泡尺寸較大;圖5b 的床中有多塊百葉窗型橫向擋板，床層由氣泡相和乳化相組成，但氣泡尺寸較小且均勻。氣泡會(huì)形成氣體短路，嚴(yán)重降低氣固接觸效率。圖 6為工業(yè)流化床中設(shè)置的組合式橫向斜片擋板，可以有效破碎氣泡和顆粒聚團(tuán)，斜片導(dǎo)向可進(jìn)一步強(qiáng)化氣固接觸。圖 7 為工業(yè)萘氧化制苯酐流化床反應(yīng)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，床底的氣體分布板可使氣流均勻分布，床中的垂直換熱管內(nèi)構(gòu)件可強(qiáng)化氣固接觸，減少放大效應(yīng)。由于這種多相流結(jié)構(gòu)的難以預(yù)測(cè)性和構(gòu)效關(guān)系的復(fù)雜性，傳統(tǒng)的化學(xué)工程采取平均的方法，必然造成預(yù)測(cè)的偏差，成為化學(xué)工程放大的瓶頸問題。

　　4 多相流結(jié)構(gòu)的調(diào)控——散式化方法過程

　　工業(yè)多相反應(yīng)和分離設(shè)備中局部結(jié)構(gòu)由氣泡、液滴、顆粒和聚團(tuán)等尺度不同的分散相和氣、液介質(zhì)連續(xù)相組成。這種分散相的尺寸越小，它們?cè)谶B續(xù)相介質(zhì)中分散得越均勻，相間接觸界面就越大，越有利于傳質(zhì)、傳熱和化學(xué)反應(yīng);同時(shí)如果相間的滑移速度越高，則相間界面越薄，界面的更新速度越快，同樣有利于傳質(zhì)、傳熱和化學(xué)反應(yīng)。影響結(jié)構(gòu)的最主要因素是系統(tǒng)或設(shè)備條件(包括顆粒和流體的性質(zhì)、設(shè)備與內(nèi)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)與形狀、外力場(chǎng)的影響等)和操作條件(包括溫度、壓力、氣液固三相各自的流速與流向、穩(wěn)態(tài)操作與動(dòng)態(tài)操作等)。當(dāng)前引人注目的微通道與膜反應(yīng)和分離技術(shù)的優(yōu)勢(shì)也在于可有效調(diào)控結(jié)構(gòu)，得到尺度均勻而微小的氣泡或液滴，強(qiáng)化相間接觸。

　　5 多相流結(jié)構(gòu)與計(jì)算機(jī)模擬

　　20 世紀(jì) 80 年代以來，隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)和測(cè)試技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算流體力學(xué)和過程的計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬應(yīng)運(yùn)而生，人們可以通過實(shí)驗(yàn)和理論分析建立數(shù)學(xué)模型，并采用高效計(jì)算機(jī)對(duì)復(fù)雜過程進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬，進(jìn)一步通過多種實(shí)驗(yàn)參數(shù)的測(cè)量對(duì)模擬結(jié)果加以驗(yàn)證。這方面的工作已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展。流化床結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)、優(yōu)化調(diào)控以及規(guī)模放大的最終解決，無疑應(yīng)當(dāng)寄托于計(jì)算機(jī)的數(shù)值模擬和仿真技術(shù)。當(dāng)前用于氣固流化床數(shù)值模擬的數(shù)學(xué)模型主要有兩流體模型(Two-Fluid Model，TFM)、顆粒軌道模型(ParticulateTrajectory Model，PTM)和流體擬顆粒模型(Pseudo-Particle Model，PPM)。巨大的計(jì)算量使 PTM 模型和 PPM 模型的應(yīng)用受到限制，應(yīng)用 PTM 模型和 PPM 模型對(duì)含有大量顆粒的工業(yè)系統(tǒng)的模擬目前還不現(xiàn)實(shí)。兩流體模型將顆粒也視為流體來處理，由兩套分別描述流體和顆粒相的流體動(dòng)力學(xué)方程組來描述，其間通過相間作用項(xiàng)來封閉，兩相同在 Euler 坐標(biāo)系下處理。該模型主要是在微觀足夠大和宏觀足夠小的尺度上進(jìn)行平均化，這使得這些微元適于在近平衡系統(tǒng)獲得簡(jiǎn)單的本構(gòu)方程，從而可以通過數(shù)值的手段預(yù)測(cè)系統(tǒng)的時(shí)空變換。由于系統(tǒng)的復(fù)雜性和局部非均勻結(jié)構(gòu)的存在，真正能滿足這種要求的微元尺度與反應(yīng)器宏觀尺度相比往往過于微小，目前的超級(jí)計(jì)算機(jī)速度也很難滿足其需要，所以不得不采用加大尺度的微元，其內(nèi)部含有豐富而顯著的非均勻結(jié)構(gòu)，這時(shí)現(xiàn)有的本構(gòu)方程已經(jīng)不再適用。目前多數(shù)具有應(yīng)用價(jià)值的模擬成果都是應(yīng)用雙流體模型得到的。FLUNT、CFX 等以雙流體模型為內(nèi)核的商業(yè)軟件被廣泛采用。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　化工多相流反應(yīng)與分離設(shè)備中存在顆粒、氣泡、液滴、聚團(tuán)，且其尺寸大小不同、空間分布不均勻。該局部不均勻結(jié)構(gòu)與流動(dòng)、傳遞、反應(yīng)行為密切相關(guān)。傳統(tǒng)的化學(xué)工程忽視局部多尺度不均勻結(jié)構(gòu)而采取平均的方法，造成對(duì)“三傳一反”行為預(yù)測(cè)的偏差，成為化學(xué)工程放大的瓶頸問題，應(yīng)引起學(xué)術(shù)界關(guān)注。近年來在結(jié)構(gòu)參數(shù)的預(yù)測(cè)理論研究、結(jié)構(gòu)與傳遞和反應(yīng)的關(guān)系理論研究、結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)控理論與方法研究以及結(jié)構(gòu)參數(shù)與兩流體模型相結(jié)合的多相流計(jì)算機(jī)模擬研究等方面已經(jīng)取得一定進(jìn)展。但面對(duì)復(fù)雜得多尺度結(jié)構(gòu)問題，需要付出更多的努力。

　　化學(xué)工程方面論文篇2

　　淺談化學(xué)工程技術(shù)在化學(xué)生產(chǎn)中的應(yīng)用

　　摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和科技水平的逐漸提升，促使著化學(xué)工程行業(yè)也在不斷的朝前發(fā)展，尤其是社會(huì)對(duì)化學(xué)行業(yè)求量的逐日增大，這就要求化學(xué)工程行業(yè)必須要加快對(duì)化學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，大幅度的節(jié)省施工時(shí)間，提高化學(xué)工程的建設(shè)效率。因此，本文重點(diǎn)對(duì)化學(xué)工程技術(shù)在化學(xué)生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)行闡述，展望未來化學(xué)工程技術(shù)的發(fā)展方向，以求對(duì)化學(xué)行業(yè)的相關(guān)工作者提供可參考信息。

　　關(guān)鍵詞：化學(xué)工程;應(yīng)用;發(fā)展方向

　　近幾年由于我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的進(jìn)步，自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用在各行各業(yè)中逐步擴(kuò)散起來，比如化學(xué)工程技術(shù)在化學(xué)生產(chǎn)中的應(yīng)用也逐漸受到人們的關(guān)注，化學(xué)工程行業(yè)關(guān)系著人們的日常生活，影響著其他行業(yè)的發(fā)展，所以對(duì)在化學(xué)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用進(jìn)行研究探析，是十分有必要的實(shí)時(shí)話題。

　　化學(xué)工程技術(shù)是一門主要研究化工生產(chǎn)過程中研究和開發(fā)以及過程裝置的設(shè)計(jì)、制造和管理的綜合性技術(shù)?；瘜W(xué)工程技術(shù)的發(fā)展對(duì)于強(qiáng)化化工生產(chǎn)過程，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低原料和能量消耗，對(duì)于企業(yè)的技術(shù)改造以及新技術(shù)的開發(fā)起著重要作用。

　　1 新型反應(yīng)技術(shù)的研究

　　1.1 超臨界化學(xué)反應(yīng)技術(shù)

　　超臨界液體是指在溫度和壓力都處于臨界點(diǎn)之上時(shí)，此時(shí)狀態(tài)處于液體和氣體之間，具有這兩種狀態(tài)的雙重性質(zhì)。這種狀態(tài)的流體不僅在化學(xué)工業(yè)、生物化工、食品工業(yè)有廣泛的應(yīng)用，而且還在醫(yī)藥工業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用很廣泛，已經(jīng)顯示出巨大的魅力，極具發(fā)展前景。近年來，化學(xué)界將超臨界水氧化法應(yīng)用到保護(hù)環(huán)境的領(lǐng)域，但是都處于初級(jí)發(fā)展階段，很不成熟。

　　1.2 綠色化學(xué)反應(yīng)技術(shù)

　　綠色化學(xué)是指對(duì)環(huán)境不會(huì)造成污染的，有利于保護(hù)環(huán)境的化學(xué)工程。綠色化學(xué)簡(jiǎn)單說就是采取化學(xué)的技術(shù)和方法來減少或消除那些對(duì)人類有害的、妨礙社區(qū)安全的、對(duì)生態(tài)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生不利影響的原料或溶劑等。綠色化學(xué)是將污染從源頭進(jìn)行消除的工程，因此很徹底，這主要包含原子經(jīng)濟(jì)性和高選擇性的反應(yīng)，生產(chǎn)出對(duì)環(huán)境有利的材料，并且回收廢物循環(huán)利用的一門科學(xué)技術(shù)。

　　1.3 新的分離技術(shù)

　　從廣義上看，分離強(qiáng)化首先是對(duì)設(shè)備的強(qiáng)化，隨后對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行強(qiáng)化，整體來說就是只要能將設(shè)備變小、將能量轉(zhuǎn)化效率提高的技術(shù)都是化工分離技術(shù)強(qiáng)化的結(jié)果，這樣不僅有利于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，同時(shí)也是化工分離技術(shù)的重要技術(shù)與主要趨勢(shì)之一。然而，古老的化工分離技術(shù)原理：利用沸點(diǎn)的不同，將不同的組分從分離塔里分離出來。隨著科技的發(fā)展及國(guó)內(nèi)外的分工合作共同研究除了大量新的分離技術(shù)，具有廣闊的發(fā)展前景，但是這些在應(yīng)用中同樣也存在著很多問題，此項(xiàng)研究對(duì)相關(guān)分子蒸餾的基礎(chǔ)理論探究比較少，沒有在理論上充分說明和指導(dǎo)，對(duì)設(shè)計(jì)刮膜式分子蒸餾器也沒有深入的研究。隨著信息技術(shù)和科學(xué)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，分離技術(shù)也隨之得到改善，取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，逐漸信息技術(shù)引入到分離技術(shù)的研究與開發(fā)上，例如在研究熱力學(xué)和傳遞的性質(zhì)、多相流等方面，這些都是信息技術(shù)發(fā)生功效的主要分離技術(shù)，再如分子模擬大大提高了預(yù)測(cè)熱力學(xué)平衡和傳遞性質(zhì)的水平。對(duì)分子的設(shè)計(jì)加速了可以加速分離，因此對(duì)研究和開發(fā)新的高效的分離劑有深遠(yuǎn)的意義。信息技術(shù)的引進(jìn)對(duì)于分離過程的深入產(chǎn)生了重要的作用，而且還能提高工作效率。

　　2 傳熱過程中一些新的研究進(jìn)展和方向

　　2.1 微細(xì)尺度傳熱學(xué)研究進(jìn)展

　　微細(xì)尺度是從空間尺度和時(shí)間尺度微細(xì)的探討和研究傳熱學(xué)規(guī)律，現(xiàn)在傳熱學(xué)中已經(jīng)自成一個(gè)分支，發(fā)展前景廣闊。當(dāng)物體的特征尺寸遠(yuǎn)大于載體粒子的平均尺寸即連續(xù)介質(zhì)時(shí)假定依然會(huì)成立，但是由于尺度的微細(xì)，原來的假設(shè)的影響因素也會(huì)相對(duì)的發(fā)生變化，這就導(dǎo)致了流動(dòng)和傳入規(guī)律發(fā)生著變化。目前，微米、納米科學(xué)已經(jīng)取得長(zhǎng)足的進(jìn)步，受到人們的廣泛關(guān)注，諸多領(lǐng)域都是圍繞微細(xì)尺度傳熱學(xué)進(jìn)行研究的。其中高集成度電子設(shè)備、微型熱管、多空介質(zhì)流動(dòng)傳熱等多項(xiàng)研究都是微熱尺度傳熱學(xué)研究取得的豐碩成果。

　　2.2 強(qiáng)化傳熱過程的研究進(jìn)展

　　這項(xiàng)研究主要是從改進(jìn)換熱器設(shè)備的形式入手，提高傳熱的效率，并想辦法改進(jìn)設(shè)備使其持續(xù)對(duì)外放熱，這種改進(jìn)包含發(fā)明新的傳熱材料和改進(jìn)生產(chǎn)工藝，將過去的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化等方法。

　　2.3 傳熱理論研究進(jìn)展

　　近年來，傳熱研究者一直都致力于滴狀冷凝在工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用，但至今仍未能很好的實(shí)現(xiàn)，主要問題是如何獲得實(shí)現(xiàn)滴狀冷凝，并且使其冷凝表面壽命延長(zhǎng)。改變冷凝界面的性質(zhì)，將滴狀冷凝應(yīng)用到工業(yè)上進(jìn)行傳熱改造是傳播熱學(xué)研究的主要熱點(diǎn)之一。沸騰的傳熱方式不僅在機(jī)械、動(dòng)力和石油化工等傳統(tǒng)的工業(yè)之中廣泛使用，而且在航空航天技術(shù)等高科技領(lǐng)域也廣泛的應(yīng)用著。長(zhǎng)期以來，人們都在對(duì)液體發(fā)生核態(tài)沸騰的主要原因和具有高換熱強(qiáng)度的機(jī)理進(jìn)行著深入的探究。由于沸騰的現(xiàn)象是復(fù)雜和多變的，這些都導(dǎo)致了我們不能利用常規(guī)的計(jì)算方法來計(jì)算出沸騰所能傳輸?shù)臒崃?。到現(xiàn)在為止，加熱器表面受到水沸騰時(shí)產(chǎn)生的氣泡的影響，這一問題是最需要得到解決的，也是研究的重點(diǎn)所在，對(duì)沸騰傳熱進(jìn)行計(jì)算大都采取機(jī)理模型，這種方法存在嚴(yán)重的缺陷就是計(jì)算的準(zhǔn)確率很低，而且需要大量的實(shí)驗(yàn)做基礎(chǔ)，所以目前應(yīng)用的范圍較窄，目前沒有能較準(zhǔn)確計(jì)算沸騰傳熱的計(jì)算式，因此我們有另辟蹊徑，從新的角度來探究和研究問題，從基本理論出發(fā)，提出新的理論與計(jì)算方法或研究出新的模型，將數(shù)學(xué)與之相結(jié)合計(jì)算出沸騰所傳出的熱量，這將成為今后研究的重中之重。

　　3 化學(xué)工程學(xué)科未來的發(fā)展動(dòng)態(tài)

　　科學(xué)的進(jìn)步使大量新的技術(shù)和產(chǎn)品能源不斷涌現(xiàn)，并且在先進(jìn)技術(shù)的引導(dǎo)下得到了廣泛的應(yīng)用，這就為化學(xué)工程的研究提出了新的問題，那就是如何為新的產(chǎn)業(yè)的形成和發(fā)展提供良好的服務(wù)并不斷形成新的完整的理論，化學(xué)工程的發(fā)展就此進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段。在學(xué)科研究的方法上更多的注重學(xué)科的交叉，更多的研究材料其中包含信息和化學(xué)、生物與化學(xué)、能源與化學(xué)、環(huán)境與化學(xué)相結(jié)合的工程學(xué)科，這些都為化學(xué)工程的發(fā)展提出了新的發(fā)展方向和研究課題，為化學(xué)的發(fā)展做了良好的鋪墊。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　電氣工程中使用電氣自動(dòng)化技術(shù)可以提升相關(guān)設(shè)備的有效性，可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)工程的信息化、網(wǎng)絡(luò)化和效率化，可以使電氣工程的數(shù)據(jù)采集、電網(wǎng)調(diào)度更加高效便捷，可以滿足目前經(jīng)濟(jì)環(huán)境下的剛性需求，更好地適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展規(guī)律。

　　參考文獻(xiàn)

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